Лекция 2 Энергетические законы: сохранения энергии и качества энергии модуль 2 модуль 2




НазваниеЛекция 2 Энергетические законы: сохранения энергии и качества энергии модуль 2 модуль 2
Дата конвертации02.05.2013
Размер445 b.
ТипЛекция


Лекция 2 Энергетические законы: сохранения энергии и качества энергии МОДУЛЬ 2


МОДУЛЬ 2



Два энергетических закона

  • Эти законы фундаментальные, т.е. их нельзя нарушить: они действуют везде и всегда, независимо от вашего желания и даже независимо от того, знаете вы их или нет.

  • У этих законов много названий, и выражаются они по-разному.

  • Первый закон часто называют Закон Сохранения Энергии,

  • а второй - Закон Возрастания Энтропии.

  • Образно первый закон можно назвать законом количества, а второй - законом качества энергии.



Первый энергетический закон: сохранение энергии

  • Количество энергии остается неизменным

  • Основан на законе сохранения энергии : Энергия не может исчезнуть бесследно или возникнуть ниоткуда

  • Энергия может только менять форму и место



Превращение механической энергии воды в электрическую

  • Падая с высоты плотины, вода теряет потенциальную энергию, но приобретает кинетическую.

  • Попадая на лопатки гидротурбины, вода отдает свою кинетическую энергию турбине, и та приобретает кинетическую энергию вращения.

  • Турбина вращает электрический генератор, в котором механическая энергия вращения переходит в электрическую энергию.

  • По проводам электрическая энергия доходит до электролампочки в вашей квартире, и в ней превращается в тепловую (большая часть) и в световую (меньшая часть).

  • По пути часть энергии теряется на нагревание проводов, на трение в подшипниках турбины и генератора.



Превращение энергии



Превращение энергии морских волн в электроэнергию

  • Энергия волн - возобновляемый источник энергии.

  • Новая система, отличающаяся большей эффективностью по сравнению с существующими сегодня аналогами, имеет специальную камеру-козырек. Волнение моря приводит к тому, что вода поступает в камеру, в свою очередь, воздух, попавший в «ловушку», приводит в движение турбину.

  • Ее лопасти вращаются в одном направлении независимо от направления потока воздуха.

  • Специалисты в рамках пилотного проекта планируют установить три подобных системы в устье реки Доуро в Порту. Их мощность составит 750 кВт.



Энергия шагов превращается в электрическую

  • Каждый раз, когда пешеход наступает на плиту Pavegen, некоторое количество энергии поступает ко встроенному фонарю,

  • используется для подзарядки литий-полимерного аккумулятора,

  • либо поддерживает работу подключённого устройства, например, информационного дисплея.

  • Пять плит на участке с оживлённым движением способны выработать достаточное количество электричества для освещения автобусной остановки в течение ночи.

  • Но улицей система не ограничена: бесплатным электропитанием можно обеспечить компьютеры, автоматические двери, системы кондиционирования и многое другое.



Превращаем энергию звука и тепла в электричество

  •  новый автомобильный термоэлектрический преобразователь, использование которого позволит автомобилю буквально "съесть" свой собственный выхлоп, преобразовав тепло в электрическую энергию.



Одежда и обувь подзаряжают



Закон сохранения энергии запрещает вечный двигатель первого рода

  • Если совершаешь полезную работу - обязательно тратишь энергию!

  • За всю историю человечества никто и никогда не наблюдал нарушения закона сохранения энергии.





Энергосбережение в соответствии с законом сохранения энергии

  • При расходовании электроэнергия переходит в тепловую.

  • Этот закон дает нам простое решение проблемы нехватки энергии в будущем.

  • Берегите энергию и используйте её повторно, превращая в ту форму, которая вам нужна.



Решить проблему энергетики

  • – это не значит вырабатывать больше энергии или меньше ее тратить. Это значит эффективнее использовать то, что мы уже имеем.

  • Топливные проблемы будущего зачастую принимают форму обманчиво простой дискуссии – либо нужно производить больше энергии, либо меньше ее потреблять.

  • При этом игнорируется фундаментальный термодинамический постулат, зная который, вы никогда не заплатите денег изобретателю вечного двигателя.



Второй энергетический закон: снижение качества энергии

  • Почему едет автомобиль, изображенный на рисунке? Часть химической энергии бензина преобразуется в двигателе в кинетическую энергию и используется для разгона и движения автомобиля.

  • Мы называем это полезной энергией, или работой.

  • Остальная часть энергии (помните закон количества?) переходит в окружающую среду как тепловая энергия. Мы называем эту часть энергии энергетическими потерями.



Тепловые машины

  • Тепловые машины превращают тепловую энергию в удобную для потребления энергию, например, механическую или электрическую.

  • Бензиновый двигатель - пример такой машины.

  • Тепловые машины превращают энергию не очень экономно.

  • Большинство тепловых электростанций превращают в электроэнергию не более 40% энергии, получаемой при сгорании нефти, газа или угля.

  • При этом оставшиеся 60% энергии выбрасываются в окружающую среду в виде тепла.

  • Атомные электростанции в этом смысле ещё хуже. Реально они превращают в электроэнергию не более 30% энергии ядерного горючего, а 70% уходят на нагревание окружающей среды.



Качество энергии или её энергетическая ценность

  • Сравним одинаковые количества электрической и тепловой энергий.

  • Первую мы можем использовать и для освещения, и для обогрева, и для совершения механической работы.

  • Вторую мы можем использовать практически только для обогрева, и при этом значительная её часть при передаче на расстояние безвозвратно теряется.

  • Та или иная форма энергии обладает высоким качеством, если большая часть энергии в этой форме может превращаться в другую полезную форму с малыми потерями.

  • Чем большую часть данного вида энергии можно использовать для производства полезной работы, тем выше качество данного источника энергии.

  • Вот почему в приведенном нами примере качество электрической энергии выше, чем тепловой.



Формы энергии по качеству

  • Отличное качество Примеры: потенциальная энергия, кинетическая энергия, электрическая энергия.

  • Высокое качество Примеры: ядерная энергия, химическая энергия, высоко- температурная тепловая энергия (температура выше 100 °С).

  • Низкое качество Пример: низкотемпературная тепловая (температура ниже 100 °С).



Второй энергетический закон

  • Высококачественная энергия способна превращаться в низкокачественную с малыми потерями,

  • но обратное превращение невозможно.



Закон качества энергии

  • Невозможно создать машину, которая полностью превращала бы данное количество тепловой энергии в полезную работу.

  • Или: Когда данное количество энергии превращается в другую форму, качество энергии снижается.





Как избежать потерь

  • Биомеханические генераторы 20 Вт на человека Прогулка по улице сопряжена с колоссальным перерасходом энергии, так что представьте себе, сколько энергии теряется впустую, когда мимо вас марширует рота пехотинцев. Вот почему именно военные должны стать первыми потребителями биомеханических генераторов

  • браслет-наколенник весом примерно 700г, разработанный в Лаборатории движения канадского Университета Саймона Фрезера в Ванкувере. При самой обычной ходьбе маленький генератор позволяет вырабатывать мощность до 12 Вт. Браслет утилизирует только ту энергию, которая расходуется «впустую» – например, на торможение ноги, и в этот момент браслет-генератор не мешает владельцу, а даже немного помогает. 



Как избежать потерь

  • Термоэлектрика 350 Вт на автомобиль Только 20% энергии, содержащейся в бензине, реально расходуется на передвижение вашего автомобиля. Остальная часть пропадает в виде тепла, которое выделяется в двигателе и элементах трансмиссии, а также выбрасывается в выхлопную трубу. Компании GM, Ford и BMW испытывают сейчас прототипы термоэлектрических систем, вырабатывающих электроэнергию за счет температурного градиента в зоне выхлопа и системы охлаждения. 

  • Как избежать потерь Машина на побочном тепле 250 кВт на каждую машину Флоридская компания Cyclone Power разработала универсальную машину по утилизации отходящего тепла. Ее можно подключить к выхлопу почти любой промышленной установки, используя носители с температурой от 300 до 500°С. Такой температуры вполне хватит для питания возвратно-поступательных движений поршня в генераторе, построенном по циклу Ренкина. 



Системы накопления энергии

  • Представьте себе ветряк, который отчаянно крутится среди ночи. Хоть кто-нибудь потребляет в этот момент его энергию? Разумеется, нет. Из-за постоянства выработки энергии и провалов в ее потреблении ночью энергия поставляется по существенно более низким ценам, чем днем.  Хорошо было бы как-то распределять потребление во времени, а для этого нужны средства временного хранения энергии.

  • Для накопления энергии используется 200 массивных маховиков на магнитной подвеске, раскрученных до в 16 000 об/мин.

  • В Испании эта проблема решена иначе. На солнечной электростанции Gemasolar электричество выдается круглые сутки, а избыток энергии  накапливается в баках с соляным расплавом. 

  • Есть и другие идеи: гигантские химические аккумуляторы, баллоны со сжатым воздухом или водохранилища, куда воду закачивают насосами.

  • Сверхпроводниковый кабель При передаче электроэнергии по проводам впустую пропадает примерно 7% выработанного электричества. Сверхпроводниковый криогенный кабель способен пропустить через себя в сто раз больше энергии, чем аналогичная жила из простой меди, причем потери при этом будут практически нулевыми. 



Выводы

  • В процессе превращения топлива в работу невозможно получить все 100% запасенной энергии.

  • Сейчас мы преобразуем энергию из одного вида в другой с огромными потерями, не приближаясь к теоретическим пределам КПД. 



Литература

  • 1. Лукашевич О.Д. Энергосбережение: социально-экологический проект : учебно-методическое пособие / О.Л. Лукашевич, М.В. Колбек. – Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та. – 2009. – 40 с.

  • 2. Основы энергосбережения: учебник / Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков; под ред. Н.И. Данилова. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2010. 564 с.

  • 3. Данилов Н.И., Щелоков Я.М. Экологические проблемы использования топлива. Екатеринбург; Екатеринбург: Уралэнерго-Пресс. 2004 г. - 109 с.

  • 4. Данилов Н.И., Щелоков Я.М. Энергосбережение для начинающих. Екатеринбург: Уралэнерго-Пресс. 2004 г. - 80 с.

  • 5. Данилов Н.И., Щелоков Я.М. Энергосбережение для всех. Екатеринбург: Энерго-Пресс. 2003 г. - 132 с.

  • 6. Данилов Н.И., Щелоков Я.М., Лисиенко В.Г. Развитие энергоэффективных технологий и техники (введение в хрестоматию энергосбережения для юношества) - Екатеринбург: Уралэнерго-Пресс. 2004 г. - 144 с.

  • 7. Энергосбережение. ШПИРЭ. Школьная программа использования ресурсов и энергии: учебное пособие для средней школы: Санкт- Петербург. 2004. URL:  http://esco-ecosys.narod.ru/2007_8/art179-end.htm.

  • 8. Основы энергосбережения: Учеб. пособие / М.В. Самойлов, В.В. Паневчик, А.Н. Ковалев.2-е изд., стереотип. – Мн.: БГЭУ, 2002. – 198 с.



Похожие:

Лекция 2 Энергетические законы: сохранения энергии и качества энергии модуль 2 модуль 2 iconЛекция 1 Возобновляемые источники энергии модуль 3 модуль 3 эффективное и рациональное использование энергетических ресурсов
«Энергосбережение» в части практики замены невозобновляемых форм энергии на возобновляемые и на реализацию экономного использования...
Лекция 2 Энергетические законы: сохранения энергии и качества энергии модуль 2 модуль 2 iconЛекция 1 Введение. Основные понятия энергосбережения модуль 2
Модуль физические основы энергосбережения и возобновляемых форм энергии представлена необходимость и актуальность знания физических...
Лекция 2 Энергетические законы: сохранения энергии и качества энергии модуль 2 модуль 2 iconЛекция 5 Невозобновляемые источники энергии: уголь, нефть, природный газ модуль 2

Лекция 2 Энергетические законы: сохранения энергии и качества энергии модуль 2 модуль 2 iconЗаконы Сохранения в Механике Содержание: Закон Сохранения Импульса Закон Сохранения Механической Энергии Работа и Энергия Закон Сохранения Импульса
Импульсом называют векторную величину, равную произведению массы тела на ее скорость
Лекция 2 Энергетические законы: сохранения энергии и качества энергии модуль 2 модуль 2 iconУрок-исследование по теме «закон сохранения энергии в механике» учитель физики моу «лицей г. Козьмодемьянска» Емельянова Наталья Леонидовна Цель урока
Исследовать выполнение закона сохранения энергии в различных механических процессах
Лекция 2 Энергетические законы: сохранения энергии и качества энергии модуль 2 модуль 2 iconЛекция 4 Социально-демографические аспекты энергосбережения Модуль 1
Модуль мировоззренческие основы и методическое обеспечение преподавания энергосбережения в общеобразовательных учреждениях
Лекция 2 Энергетические законы: сохранения энергии и качества энергии модуль 2 модуль 2 iconЛекция 6 Мировоззренческие проблемы энергоэффективности и энергосбережения Модуль 1
Модуль мировоззренческие основы и методическое обеспечение преподавания энергосбережения в общеобразовательных учреждениях
Лекция 2 Энергетические законы: сохранения энергии и качества энергии модуль 2 модуль 2 iconЗакон сохранения энергии в тепловых процессах Отвечаем на вопросы о: видах энергии в тепловых процессах о степенях свободы молекул о теплоемкостях газов в различных процессах

Лекция 2 Энергетические законы: сохранения энергии и качества энергии модуль 2 модуль 2 iconЗакон сохранения энергии
В нашей жизни мы часто сталкиваемся с понятием энергия. Автомобили и самолеты, тепловозы и теплоходы работают расходуя энергию сгорающего...
Лекция 2 Энергетические законы: сохранения энергии и качества энергии модуль 2 модуль 2 iconЛекция №2 Направление процессов в физико-химических системах (часть 1) Физико-химической
Согласно I началу термодинамики ΔU = q a (закон сохранения энергии А. Лавуазье)
Разместите кнопку на своём сайте:
hnu.docdat.com


База данных защищена авторским правом ©hnu.docdat.com 2012
обратиться к администрации
hnu.docdat.com
Главная страница